基于VxWorks的网络接口设计

摘要 基于VxWorks操作系统，以S3C4480为核心CPU，用RTL8019作网络控制器，设计并实现了嵌入式网络接口。本方案在兼顾成本的同时，更加注重较高的可靠性和较强的实用性，因此具有一定的推广价值。
关键词 VxWorks S3C4480 RTL8019 网络 MUX接口

    VxWorks操作系统以其高度的可靠性、优秀的实时性、灵活的可裁减性等优势在嵌入式系统中备受关注，广泛应用于许多行业；而随着网络技术的发展，嵌入式技术与网络技术的结合已成必然。VxWorks是最早在其内核中加入TCP／IP协议的嵌入式实时操作系统。如何设计基于VxWorks的网络接口，是摆在嵌入式开发人员面前的首要课题。本设计以三星公司的ARM7(S3C44B0)为核心CPU，开发了VxWorks下的网络接口，包括硬件设计和软件实现两个部分。

1 硬件设计
    核心CPU采用三星公司的S3C4480。S3C4480采用ARM7TDMI内核，它通过提供全面的、通用的片上外设，大大减少了系统电路除处理器以外的元器件配置，降低了系统成本。
    网络接口芯片采用Realtek公司生产的RTL8019AS。它是一款高度集成的以太网控制器，不仅集成了MAC(介质访问控制)子层和物理层的性能，而且与NE200O兼容，具有软件可移植性强以及价格低廉等优点。
    S3C4480与RTL8019AS的硬件接口原理如图l所示。从图1中可以看出，RTL8019AS的使能端连到S3C44B0的nGCS3，因此它的地址映射在系统的Bank3上，基地址为Ox06000000。RTL8019AS支持8位／16位数据总线，在本电路中采用16位方式。

    RTL8019AS共有32个输入／输出地址，对应地址偏移量为Ox00～Oxlf。现分别说明如下：
    ①Ox00～OxOf的16个地址，为寄存器地址。
    ②0xlO～0x17的8个地址，为数据读写端口地址。它们都是一样的，每个都可以用来做数据读写端口，只要用其中一个就可以了。
    ③Oxl8～0xlf的8个地址，为复位端口。它们的功能都是一样的。但需要注意，实际上只有0x18、0xla、Oxk、Oxle这几个复位端口是有效的，其他不要使用；因为有些兼容卡不支持0x19、0xlb、0xld等奇数地址的复位。
    在软件设计时，尤其要注意以下两点：
    ①RTL8019As的地址线从SAO～SA4依次连到S3Cd480的ADDRl～ADDR5上，因此，RTL8019的寄存器地址要左移1位。
    ②RTL8019AS使用EXINTl中断，且上升沿触发。

2 软件实现
2．1 VxWorks的网络协议栈和MUX接口
    VxWorks中的网络协议栈叫作“SENS(Scalable En-hanced Network Stack)”，即可裁减增强网络协议栈。SENS是基于4．4RSD TCP/IP协议栈发展而来的。它包含了许多4．4BSD TCP／IP协议栈没有的协议；而且SENS在实现一些协议功能时增加了许多新特性。如在IP协议实现时增加了多播功能。SENS协议栈层次如图2所示。

    SENS的基本特征与传统的TCP／IP网络协议栈相似，但从图2中可以看出，SENS最大的特点是在数据链路层和网络协议层之间多了MUX层。在SENS中网络接口的驱动程序叫作“END(Enhanced Network Driver)”，即增强型网络驱动程序，它处于数据链路层。IP层和TCP／UDP层合称为“网络协议层”。在数据链路层和网络协议层之间有应用程序接口(API)，这个接口在SENS中叫作“MUX(Mulnplexer)接口”。MUX接口如图3所示。MUX接口起到隔离网络驱动程序与网络协议的作用。在老式的BSD4．3的驱动模式下，网络驱动程序和协议是紧密联结的，无论协议还是驱动程序都需要了解对方的数据结构。而在新的基于MUX的模式下，驱动程序和协议并不需要了解对方。它们通过MUX接口来通信。例如，在收到一个包后，网络驱动程序并不直接访问协议的数据结构；相反，当准备将数据传给协议层时，它调用一个MUX提供的函数，该函数处理把数据传给协议层的细节。这使得添加一个新的驱动程序或协议十分容易。MUX实现了下面的一套函数集：muxBind()、muxUn-bind()、muxDevLoad()、muxDevUnload()、muxReceive()、muxError()、muxSend()、muxTxRestartRtn()、muxM castAddrDel()、muxMcastAddrGet()、mux-PollSend()、muxMcastAddrAdd()、muxPollReceive()、muxIoctrl()。网络驱动程序和协议都要调用上面的函数，不需要为它们添加任何附加代码。
2.2 END设备驱动程序装载过程
    在VxWorks中，END设备驱动程序装载过程可以分为3个步骤，即指定END设备，装载END设备和启动END设备。END设备的指定是通过数组endDevTbl[]来完成的，该数组描述了系统中的所有网络设备的装载入口点及其相关参数。系统调用MUX设备装载函数muxDevLoad()来装载END设备，调用MUX设备启动函数muxDevStart()来启动END设备。网络设备驱动程序的装载过程如图4所示。系统通过usrRoot()函数来调用usrNetInit()函数完成MUX的初始化，装载网络设备表endDevTbl[]中描述的所有设备，并将IP协议绑定到网络引导设备上等。

   

    当网络设备产牛中断时，VxWorks调用驱动程序先前注册的中断服务程序。中断服务程序应做尽可能少的工作，以完成将数据包从本地网络设备送出／取出的操作。
2．3 文件配置
    由于RTL8019兼容NE2000网卡芯片，只需要在其基础上完成必要的修改。首先将Tornad02．2＼target＼src＼drv＼end目录下的ne2000End．c和Tornado2．2＼target＼h＼drvend目录下的ne2000End．h拷贝到bsp目录下，然后修改以下文件。

      

(4)修改configNet.h

    在endDevTb1[]表中添加新的装载函数(其函数命名格式为xxLoad())入口点及相关参数。

    ④在sysHwInit()中添加RTL8019芯片的复位和初始化函数。相关代码如下(有关寄存器的宏定义请参照RTL8019数据手册)：

结语
    本文在VxWorks嵌入式实时操作系统下，提出了网络接口的解决方案，即ARM7(S3C4480)为核心CPU，控制网络控制器TRL8019实现网络通信。本文首先简单介绍了几款主要芯片，给出了硬件原理图；然后简要分析了VxWorks下的网络协议和驱动装载过程；最后，针对此网络接几，详细列出了VxWorks下文件配置过程，提供了部分软件源程序，对开发人员有一定的参考价值。